Aufbau und Erprobung eines Spiegelkorrektors für Niederspannungs-Elektronenmikroskope

An moderne Elektronenmikroskope werden immer größere Anforderungen gestellt, um die Ortsauflösung und die lokale chemische und elektronische Information zu erhöhen. Letztere gewährleistet ein abbildendes Energiefilter bei ausreichend monochromatischer Beleuchtung. Die Ortsauflösung konventioneller Elektronenmikroskope wird prinzipiell durch den Farb- und den Öffnungsfehler der Objektivlinse begrenzt. Beide Fehler sind gemäß des Scherzer-Theorems bei Rundlinsensystemen unvermeidbar. Während für Durchstrahlungs-Elektronenmikroskope und Rasterelektronenmikroskope bereits funktionierende Korrektoren zur Verfügung stehen, existiert kein Korrektor für die Direktabbildung im Niederspannungsbereich. Diese Lücke kann mit einem Elektronenspiegel in Verbindung mit einem fehlerarmen Strahlteiler geschlossen werden. Der Spiegelkorrektor soll im Spektromikroskop SMART eingesetzt werden. Die Korrektur kann zum einen zur Steigerung der Ortsauflösung von 5 nm auf unter 1 nm genutzt werden, zum anderen kann der Blendenöffnungswinkel bei einer Ortsauflösung, die unkorrigierten Geräten vergleichbar ist, zur Verbesserung der Intensitätsausbeute um den Faktor 4 bis 10 erhöht werden. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden der Strahlteiler und der Elektronenspiegel konstruiert, aufgebaut und in einem konventionellen Rasterelektronenmikroskop erprobt. Der ideale Strahlteiler bildet aufgrund seiner internen Symmetrie bei einer 90°-Ablenkung seine Eintrittsebene 1:1 in seine Austrittsebene ab, wobei weder geometrische Fehler zweiter Ordnung noch Dispersion ersten oder zweiten Grades eingeführt werden. Durch Symmetrieverletzung können Restfehler auftreten. Die Charakterisierung der vier Quadranten des Strahlteilers gelingt durch Messung von Kantenauflösungen bei großer Blende zur Abschätzung der geometrischen Fehler und durch Bestimmung der Dispersion bei Energieabweichungen von über 25 % von der Nominalenergie. Aufgrund der durchgeführten Messungen ist ein erfolgreicher Betrieb des Strahlteilers im SMART zu erwarten. Der Elektronenspiegel besteht aus vier Elektroden. Mit den drei zur Säulenspannung frei wählbaren Spannungen können Farb- und Öffnungsfehler des Spiegels bei fester Brennweite in einem weiten Bereich eingestellt werden. Die simultane Korrektur von Farb- und Öffnungsfehler konnte am Testmikroskop zweifelsfrei durch Messung der Fehlerkoeffizienten des Gesamtsystems nachgewiesen werden. Durch geeignete Wahl der Potentiale an den Spiegelelektroden wurde das System von einem unterkompensierten Zustand über den korrigierten in einen überkompensierten Zustand überführt. Als charakteristisches Merkmal der erfolgreichen Korrektur weist die Aufnahme von Goldclustern im korrigierten Zustand den höchsten Kontrast auf. Ein höherer Prozentsatz der einfallenden Elektronen wird in den zentralen Bereich des Rasterflecks fokussiert. Die im Rahmen dieser Arbeit gewonnenen Ergebnisse zeigen, daß die Farb- und Öffnungsfehlerkorrektur eines Niederspannungs-Elektronenmikroskops mit einem Elektronenspiegel verwirklicht werden kann. Der nächste Schritt vor dem Einsatz des Spiegelkorrektors im SMART ist der Nachweis der Auflösungsverbesserung am Testmikroskop